TWI580832B - 包含有機合成纖維的真空絕熱材料用芯材及包含該真空絕熱材料用芯材的真空絕熱材料 - Google Patents

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Description

包含有機合成纖維的真空絕熱材料用芯材及包含該真空絕熱材料用芯材的 真空絕熱材料
本發明提供包含有機合成纖維的真空絕熱材料用芯材及包含該真空絕熱材料用芯材的真空絕熱材料。
上述使用玻璃纖維或玻璃棉的芯材，只有經過預處理工序才能使用為真空絕熱材料的芯材，上述玻璃纖維及玻璃棉的情況下，具有一種如同纖維的形態，直接使用會容易被外力所變形或在纖維之間發生互相堆積的現象，故而不僅要用針刺(needling)等的壓縮工序，而且為了防止材質之間的互相堆積要使用有機或無機粘結劑。
此時，上述有機或無機粘結劑可能使上述真空隔熱材料的性能不穩定，使用為真空絕熱材料時，從上述有機或無機粘結劑露出規定成分的氣體，這些氣體是降低真空絕熱材料內部的真空度的原因，也致使絕熱性能下降。
並且，玻璃纖維或者玻璃棉的情況下，在廢棄時再利用及燒毀處理困難，原材料本身的重量大，且在製備真空絕熱材料時會飛散很多粉塵
在本發明的一實例中，提供包含熱傳導率低的 有機合成纖維來實現初期絕熱性能的真空絕熱材料用芯材。
在本發明的再一實例中，提供包含上述真空絕熱材料用芯材的真空絕熱材料。
本發明的一實例提供包含有機合成纖維以 及一個以上的有機合成纖維熔敷部的真空絕熱材料用芯材。
除了上述有機合成纖維以外，有可能不包含基體樹脂。上述有機合成纖維可包含選自由聚苯乙烯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、丁二烯、苯乙烯及它們的組合組成的組中的一種以上樹脂。
在本發明之一實施例中，上述有機合成纖維的直徑可以為約20μm以下。
在本發明之一實施例中，上述有機合成纖維熔敷部可由上述有機合成纖維熔敷而成。
在本發明之一實施例中，上述有機合成纖維熔敷部的平均直徑可以為約400μm至600μm。
在本發明之一實施例中，上述有機合成纖維熔敷部的中心和中心之間的距離可以為約750μm至1100μm。
在本發明之一實施例中，上述真空絕熱材料用芯材可包含水準排列的有機合成纖維。
在本發明之一實施例中，水準排列的上述有機合成纖維可以包括橫向排列或者縱向排列。
上在本發明之一實施例中，述真空絕熱材料用芯材的厚度可以為約100μm至200μm。
在本發明之一實施例中，上述真空絕熱材料用芯材可以是一個或者多個疊層結構。
在本發明之一實施例中，疊層的上述真空絕熱材料用芯材的每單位面積重量可以為約20g/m2以下。
在本發明之一實施例中，疊層的上述真空絕熱材料用芯材的氣孔率可以為約60%至80%。
在本發明之一實施例中，本發明的再一個實例提供真空絕熱材料用芯材的製備方法，該製備方法包括：準備有機合成纖維的步驟；以紙張形態對上述有機合成纖維進行紡紗的步驟；以及對紡紗的上述有機合成纖維局部進行加熱加壓而形成有機合成纖維熔敷部的步驟。
在本發明的另一個實例中，提供包含上述真空絕熱材料用芯材的真空絕熱材料。
上述真空絕熱材料用芯材體現初期絕熱性能， 可解決對人體有害的問題。並且，包含上述真空絕熱材料用芯材的真空絕熱材料可防止因基體樹脂引起的真空絕熱材料用芯材的絕熱性能低下。
第1圖為用掃描電子顯微鏡拍攝的真空絕熱材料用芯材的俯視圖。
第2圖為用掃描電子顯微鏡拍攝的真空絕熱材料用芯材的有機合 成纖維的截面圖。
第3圖為用掃描電子顯微鏡拍攝的真空絕熱材料用芯材的有機合成纖維熔敷部的截面圖。
第4圖為水準排列的有機合成纖維的示意圖。
以下對本發明的實施例進行詳細說明。但這僅僅作為例示來揭示，本發明並不局限於此，本發明根據所附的申請專利的範圍來定義。
真空絕熱材料用芯材及其製備方法
在本發明的一實例提供包含有機合成纖維以及一個以上有機纖維熔敷部的真空絕熱材料用芯材。
常規的真空絕熱材料，將由玻璃纖維或烘制二氧化矽形成的真空絕熱材料用芯材放入包括鋁箔的多層膜外皮材料或金屬蒸鍍膜外皮材料中，並安裝吸收劑後以真空方式排出空氣而製備。並且，常規的玻璃纖維的情況下，與上述有機合成纖維相比，具有高達約7倍至約10倍的熱傳導率，僅比較物質自身的熱傳導性能的情況下，利用玻璃纖維的真空絕熱材料用芯材可具有顯著高的絕熱性能。
但是，使用包含規定水準的直徑以下，例如約4μm以下的玻璃纖維的真空絕熱用芯材的情況下，因對人體有害性為理由被強力限制使用，使用規定水準的直徑，例如4μm以上的標準化的玻璃纖維作為真空絕熱材料用芯材的情況下，需要另行處理基體樹脂，這將會致使熱傳導性能降低。
因此，上述真空絕熱材料芯材僅包含物質自身固有的熱傳導 率為像玻璃一樣的無機物的1/10水準且顯著低的有機合成纖維，當上述真空絕熱材料芯材被加工為包含一個以上的有機合成纖維熔敷部的纖維形態時，能夠解決對人體有害性的問題，並能夠體現優秀的絕熱性能。
上述真空絕熱材料芯材可僅由有機合成纖維形成，除了上述有機合成纖維以外有可能不包含基體樹脂。上述真空絕熱材料芯材可將具有均一的長度及直徑的有機合成纖維熱熔敷而製備，即使不另行包含基體樹脂，也能確保真空絕熱材料的性能，由於基體樹脂中沒有滲漏氣體等，可維持真空絕熱材料內部的規定水準的真空度。
上述有機合成纖維是指使用石油、煤炭、石灰石、氯等低分子製備高分子化合物來對上述高分子化合物進行紡紗而製備的合成纖維，可包含選自由聚苯乙烯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、丁二烯、苯乙烯及它們的組合組成的組中的一種以上樹脂，但並不局限於這些種類。具體來說，包含價格比較低廉且不同單位重量供求容易的聚丙烯樹脂的有機合成纖維的活用度高。
上述有機合成纖維的直徑可以為約20μm以下，具體地，可以為約10μm至20μm。使用具有上述範圍的直徑的有機合成纖維對人體無害，通常的情況下，真空絕熱材料用芯材的氣孔率越大絕熱性能就越優秀，借助上述範圍的有機合成纖維的直徑，可以確保規定水準以上的空隙率。並且，包含玻璃纖維的真空絕熱材料芯材的情況下，通常，玻璃纖維的直徑越小絕熱性能的發揮越普通，但是上述真空絕熱材料芯材僅由有機合成纖維形成，包含具有上述範圍的直徑的有機合成纖維，由此真空絕熱材料用芯材可通過確保規定的熱傳導率來容易體現維持真空絕熱材料的初期性 能的效果。
例如，上述有機合成纖維的長度可以為約2mm或約3mm以上。在真空絕熱材料中應用纖維形態的芯材的情況下，纖維的排列最好維持水準方向對絕熱性能有利，垂直排列的纖維越多，發生垂直方向的熱傳導致使絕熱性能降低。
因此，使用長度為約2mm或約3mm以上的有機合成纖維，可使垂直排列的合成纖維最小化，由此具有有利於確保真空絕熱材料的熱傳導率的效果。
上述真空絕熱材料用芯材可包含有機合成纖維熔敷部。上述有機合成纖維熔敷部是由上述有機合成纖維熔敷而成的，例如以紙張形態對有機合成纖維進行紡紗的狀態下，使用壓花輥來擠壓有機合成纖維，將纖維和纖維之間進行熱熔敷，從而對有機合成纖維自身進行部分熱熔敷可製備有機合成纖維熔敷部。
具體地，上述有機合成纖維熔敷部可以是一個以上，並可包括通過熱熔敷而形成的多角形的形狀。例如上述多角形可包括圓、橢圓、三角形、四角形等，但並不局限於此。
第1圖為表示用掃描電子顯微鏡(SEM，scanning electron microscope)拍攝的真空絕熱材料用芯材的俯視圖，上述真空絕熱用材料用芯材除了規定排列而被紡紗的有機合成纖維以外還包含由有機合成纖維熔敷而成的一個以上的有機合成纖維熔敷部。具體而言，第2圖表示用掃描電子顯微鏡拍攝的真空絕熱材料用芯材的有機合成纖維的截面，第3圖表示用掃描電子顯微鏡拍攝的真空絕熱材料用芯材的有機合成纖維的熔敷部的截 面。
上述有機合成纖維熔敷部的平均直徑可以為約400μm至600μm。平均直徑是指上述熔敷部為圓形的情況下的直徑，但是上述熔敷部不是圓形而是多角形的情況下，平均直徑是指在多個部分測定的直徑的平均值。上述有機合成纖維維持上述範圍的平均直徑來維持包含有機合成纖維熔敷部的真空絕熱材料用芯材的形狀，使真空絕熱材料用芯材具有規定大小的氣孔而確保真空絕熱材料的優秀的絕熱效果。
並且，上述有機合成纖維熔敷部的中心與中心之間的距離可以為約750μm至1100μm。例如上述有機合成纖維熔敷部為多角形的情況下，上述有機合成纖維熔敷部的中心與中心之間的距離可以是一個有機合成纖維熔敷部的中心和另一個有機合成纖維熔敷部的中心之間的距離。上述有機合成纖維熔敷部隔開規定距離而存在一個以上，維持上述範圍的中心與中心之間的距離，包含每單位面積有規定個數的有機合成纖維熔敷部，由此可維持真空絕熱材料用芯材的形狀。
上述真空絕熱材料用芯材可包含水準排列的有機合成纖維。第4圖以圖示化方式表示水準排列的有機合成纖維，參照第4圖，熱傳導方向為由Thot至Tcold的垂直方向的情況下，若真空絕熱材料用芯材包含與熱傳導方向一樣垂直排列的有機合成纖維，則上述芯材內部的熱傳導會增加。但是，真空絕熱材料用芯材包含水準排列的有機合成纖維的情況下，即使熱傳導方向是垂直方向也能維持芯材內部的絕熱性能。
上述有機合成纖維的排列越接近水準狀態，上述真空絕熱材料用芯材的絕熱性能就越優秀。如前所述，包含規定長度的有機合成纖維 的情況下，垂直排列的有機合成纖維幾乎不存在，因此垂直方向的熱傳導會低下，相對而言，水準方向的熱傳導就會活躍。
具體而言，上述水準排列的有機合成纖維可以包括橫向排列或縱向排列。作為在一個平面上有交替的橫向排列或者縱向排列的形狀，在有機合成纖維之間不另行包含基體樹脂，因此通過熱量被紡紗成纖維形態而形成的有機合成纖維的排列將會均勻。
上述真空絕熱材料用芯材的厚度可以為約100μm至200μm。通過維持上述厚度範圍，可確保針對外部壓力等的芯材的物理耐久性，對於插入到外皮材料而以真空方式排出空氣的過程中可維持規定的真空度。並且，為了提高生產效率，並確保初期絕熱性能、長期耐久性，真空絕熱材料用芯材能維持上述範圍的厚度。
上述真空絕熱材料用芯材可以是一個以上疊層，或者可根據疊層個數等來調節上述真空絕熱材料用芯材的厚度。具體而言，上述疊層的真空絕熱材料用芯材的每單位面積重量可以為約20g/m2以下。上述每單位面積重量是指上述真空絕熱材料用芯材的按每單位面積(1m2)所測定的質量值，對包括具有規定直徑的有機合成纖維的真空絕熱材料用芯材進行疊層來調節密度及氣孔率，由此可確保規定水準的每單位面積重量。
上述疊層的真空絕熱材料用芯材的每單位面積重量沒有下限，但維持上述範圍的每單位面積重量，從而可發揮規定水準以上的絕熱性能，與此相反，每單位面積重量大於約20g/m2的情況下，有機合成纖維之間會增加接觸，上述接觸會引起熱傳導率變大而導致真空絕熱材料的絕熱性能低下。
具體而言，上述真空絕熱材料用芯材的每單位面積重量小於10g/m2的情況下，真空絕熱材料用芯材所包括的氣孔大小會變大，可能使包含上述真空絕熱材料用芯材的真空絕熱材料的絕熱性能低下。
並且，上述疊層的真空絕熱材料用芯材的氣孔率可以為約60%至80%。上述氣孔率是指疊層的真空絕熱材料用芯材所包括的氣孔的空隙程度的數值，意味著疊層的真空絕熱材料的整體體積對氣孔體積的百分率，對包含具有規定直徑的有機合成纖維的真空絕熱材料用芯材進行疊層來調節密度及每單位面積重量，由此可確保規定水準的氣孔率。
本發明的再一個實例提供真空絕熱材料用芯材的製備方法，該製備方法包括：準備有機合成纖維的步驟；以紙張形態對上述有機合成纖維進行紡紗的步驟；以及對紡紗的上述有機合成纖維局部進行加熱加壓而形成有機合成纖維熔敷部的步驟。
上述有機合成纖維是將選自由聚苯乙烯、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、丁二烯、苯乙烯及它們的組合組成的組中的一種以上樹脂製備成纖維形態來準備的。之後，可將上述準備的有機合成纖維紡紗成紙張形態。並且，上述真空絕熱材料用芯材除了有機合成纖維以外不包含其他基體樹脂，有機合成纖維之間的附著力可能會低下，因此可包括對紡紗的有機合成纖維局部進行加熱加壓而形成有機合成纖維熔敷部的步驟。
通過上述有機合成纖維熔敷部，即使不包含基體樹脂，也能製備只用有機合成纖維而形成的真空絕熱材料用芯材，能使生產工序及製備費用最小化。
真空絕熱材料
本發明的另一個實例提供包含有機合成纖維以及一個以上的有機合成纖維熔敷部的真空絕熱材料用芯材的真空絕熱材料。
上述真空絕熱材料可包含上述真空絕熱材料用芯材及對上述真空絕熱材料用芯材進行真空包裝的外皮材料而形成，還可包含附著或插入在上述真空材料用芯材的吸收劑。
用於收納上述真空絕熱材料用芯材並對內部進行減壓的外皮材料在粘結層的上部依次形成金屬阻隔層及表面保護層，使得上述真空絕熱材料300具有最佳的氣密性和長期耐久性能。並且因外部的溫度變化而可能會產生上述外皮材料內部的氣體及水分，為防止此現象可使用吸收劑。作為上述吸收劑可以使用裝在袋子裡的生石灰(CaO)，具體而言，使用純度為95%以上的生石灰粉末，袋子由皺紋紙及聚丙烯(PP)含浸無紡布來形成，以確保25%以上的水分吸收性能。並且考慮真空絕熱材料的整體厚度，吸收劑的厚度可以為約2mm以內。
以下提出本發明的多個具體實施例。但下述實施例僅僅用於具體例示或說明本發明，本發明並不局限於此。
實施例及比較例 實施例1
無需另行包含基體樹脂，紡紗出纖維直徑為約10μm至約15μm，長度為約2mm至3mm的聚丙烯(PP)長絲纖維，用壓花輥來擠壓上述紡紗的聚丙烯纖維，來製備包含一個以上的聚丙烯纖維熔敷部(熔敷部的平均直徑為538μm，熔敷部的中心和中心之間的距離為1034μm)的芯材，在70℃的溫度下，將上述芯材乾燥24小時，疊層100張，由此用作每單位面 積重量為15g/m2的真空絕熱材料用芯材。
之後，在芯材中插入一個吸收劑，該吸收劑是將純度為95%的生石灰(CaO)20g放在袋中製備而成的。然後，在由上而下形成為聚對苯二甲酸乙二醇酯膜(PET，polyethylene terephthalate)12.5μm、尼龍(Nylon)膜25μm、鋁箔6μm及線性低密度聚乙烯(LLDPE，Linear low density polyethylene)膜50μm的結構的真空外皮材料(韓國高分子實驗研究所(Koptri)-113643-1，樂金華奧斯)中插入上述真空絕熱材料用芯材之後，對上述外皮材料進行減壓，在真空狀態下密封來製備大小為190×250×7mm(厚度×寬度×長度)的真空絕熱材料。
此時，利用Eko公司裝備HC-074-600來測定熱傳導率的結果見下表1。
實施例2
疊層80張芯材來用作每單位面積重量為20g/m2的真空絕熱材料用芯材，除此以外，通過與上述實施例1同樣的方法來製備真空絕熱材料。
實施例2-1
在70℃的溫度下，將芯材乾燥一個小時，除此以外，通過與上述實施例2同樣的方法來製備真空絕熱材料。
實施例2-2
在120℃的溫度下，將芯材乾燥24小時，除此以外，通過與上述實施例2同樣的方法來製備真空絕熱材料。
實施例2-3
在120℃的溫度下，將芯材乾燥1小時來進行紡紗，除此以外，通過與上述實施例2同樣的方法來製備真空絕熱材料。
實施例3
疊層40張芯材來用作每單位面積重量為40g/m2的真空絕熱材料用芯材，除此以外，通過與上述實施例1同樣的方法來製備真空絕熱材料。
比較例1
以12×430×912mm(厚度×寬度×長度)的大小製備芯材之後，用作真空絕熱材料用芯材，上述芯材將由平均直徑為5μm的玻璃纖維集合體及包含二氧化矽的無機粘結劑形成的厚度為0.5mm的板疊層而構成為複合體，除此以外，通過與實施例1用同樣的方法製備真空絕熱材料。
比較例2
通過利用玻璃棉(Glass wool)無機粘合劑的濕法工藝，製備10×600×600mm(厚度×寬度×長度)的芯材後，用作真空絕熱材料用，除此以外，通過與實施例1同樣的方法來製備真空絕熱材料。
參照上表1及表2，使用包含有機合成纖維的真空絕熱材料用芯材的情況下，所測定的熱傳導率與將有機纖維集合體及包含二氧化矽的無機粘合劑用作真空絕熱材料用芯材的比較例1及將玻璃棉無機粘合劑用作真空絕熱材料用芯材的比較例2的熱傳導率相似。因此，不另行含有基體樹脂，只用有機合成纖維形成芯材的情況下，也可以類推確保規定水準以上的熱傳導率。
具體而言，實施例1至實施例3的情況下，只用包含相同直徑及長度的有機合成纖維就能構成真空絕熱材料用芯材，但也可以根據密度及氣孔率來調節芯材的每單位面積重量。每單位面積重量越增加，真空絕熱材料用芯材的自身的密度就越高，氣孔率減小，通過只由有機合成纖維形成的真空斷熱材料用芯材的熱傳導現象增大。由實施例1至實施例3可知，每單位面積質量越大熱傳導率值就越高。
並且，根據芯材的預處理條件構成實施例2至實施例2-3，此時測定的熱傳導率的結果見表3。對於製備只包含有機合成纖維的真空絕熱材料用芯材而言，為了儘量去除初期水分及雜質，需要對芯材進行預處理過程，熔點較低的有機合成纖維的情況下，可以限制預處理溫度在熔點以下。
因此，如上述實施例2至實施例2-3所述，即使芯材預處理過程的乾燥時間及乾燥溫度不同的情況下，也呈現規定水準以上的熱傳導率，只使用有機合成纖維形成的真空絕熱材料用芯材的情況下，也能確認優秀的絕熱性能。

Claims (13)

  1. 一種真空絕熱材料用芯材，包含：有機合成纖維；以及多個有機合成纖維熔敷部，其中所述多個有機合成纖維熔敷部是由所述有機合成纖維局部進行加熱加壓而形成，所述多個有機合成纖維熔敷部的平均直徑為400μm至600μm及所述多個有機合成纖維熔敷部的中心與中心之間的距離為750μm至1100μm。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的真空絕熱材料用芯材，其中除了上述有機合成纖維之外不包含基體樹脂。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的真空絕熱材料用芯材，其中上述有機合成纖維包含選自由聚苯乙烯(polystyrene)、聚酯(polyester)、聚丙烯(polypropylene)、聚乙烯(polyethylene)、丁二烯(butadiene)、苯乙烯(styrene)及它們的組合組成的組中的一種以上樹脂。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的真空絕熱材料用芯材，其中上述有機合成纖維的直徑為20μm以下。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的真空絕熱材料用芯材，其中上述有機合成纖維熔敷部由上述有機合成纖維熔敷而成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的真空絕熱材料用芯材，其中上述真空絕熱材料用芯材包含水準排列的有機合成纖維。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的真空絕熱材料用芯材，其中水準排列的上 述有機合成纖維包含橫向排列或縱向排列。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的真空絕熱材料用芯材，其中上述真空絕熱材料用芯材的厚度為100μm至200μm。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的真空絕熱材料用芯材，其中上述真空絕熱材料用芯材為一個或者多個疊層結構。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的真空絕熱材料用芯材，其中疊層的上述真空絕熱材料用芯材的每單位面積重量為20g/m2以下。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的真空絕熱材料用芯材，其中疊層的上述真空絕熱材料用芯材的氣孔率為60%至80%。
  12. 一種真空絕熱材料用芯材的製備方法，包括：準備有機合成纖維的步驟；以紙張形態對上述有機合成纖維進行紡紗的步驟；以及對紡紗的上述有機合成纖維局部進行加熱加壓而形成多個有機合成纖維熔敷部的步驟；其中，所述多個有機合成纖維熔敷部的平均直徑為400μm至600μm及所述多個有機合成纖維熔敷部的中心與中心之間的距離為750μm至1100μm。
  13. 一種真空絕熱材料，其係包含申請專利範圍第1項所述的上述真空絕熱材料用芯材所製成者。
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